[論文レビュー] Quantum cryptography -- an information theoretic security

Muhammad Nadeem|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2015

Quantum Information and Cryptography参考文献 28被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、量子非局所的相関に基づく統一的フレームワークを提案し、多様なプロトコルにおいて情報理論的セキュリティを実現する。非局所的量子資源を活用することで、計算的仮定や不可能なプリミティブ（例：ビットコミットメント）に依存せずに、量子的および古典的攻撃に対して絶対的な安全性を達成し、機密性、束縛性、入力の隠蔽、安全な情報分割を実現する。

ABSTRACT

Methods of quantum mechanics promise information-theoretic security for various protocols in cryptography. However, impossibility of some cryptographic applications such as standard bit commitment, oblivious transfer, multiparty secure computations and ideal coin tossing in quantum regime leaves an obvious question on the completeness of quantum cryptography. Instead of using wide range of rules and techniques for a variety of cryptographic applications, we demonstrate here a unified structure for quantum cryptography based on quantum non-local correlations. The unified framework achieves same goals in information-theoretic way as classical cryptography does with computational hardness. To cover the broad range of cryptographic applications, we show that the framework (i) assures secrecy by providing encryption completely unintelligible to eavesdroppers, (ii) guarantees that input from distant parties is concealed unless they are willing to reveal, (iii) assures binding, (iv) allows splitting information between several parties securely and more generally, (v) evades both quantum and classical attacks from internal as well as external eavesdropping.

研究の動機と目的

• ビットコミットメントやオーバーオールトランスファーなどの標準的プリミティブの不可能性に起因する量子暗号の不完全性を解消すること。
• 量子非局所性に基づく情報理論的枠組みに統合することで、多様な暗号的応用を統一すること。
• 内部および外部の盗聴者、包括して量子攻撃者に対しても耐性を持つセキュリティを提供すること。
• 古典暗号における計算的困難性仮定を、内在的な量子相関に置き換えること。
• 未検証の計算的仮定に依存せずに、機密性、束縛性、入力の隠蔽、安全なマルチパーティ情報分割を保証すること。

提案手法

• フレームワークは、量子非局所的相関に立脚しており、参加者間の直接通信なしに安全な情報交換を可能にする。
• エンタングルド量子状態を用いて、古典的手法では再現できない相関を生成し、ノーサイニング原理に起因するセキュリティを保証する。
• もつれのモノガミー性および非局所性のおかげで、盗聴試行が検出可能な摂動を引き起こすことを保証する。
• 入力を非局所的相関に符号化することで、参加者が自発的に明かさない限り、それらが隠されたまま保たれる。
• 非局所的に相関する部分系に情報を分散させることで、協力が得られるまで秘密を保持する、安全なマルチパーティ計算を支援する。
• 計算複雑性ではなく、量子力学の基礎的原理に依存することで、量子的および古典的攻撃を回避する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一の量子フレームワークが、情報理論的セキュリティのもとで多様な暗号プロトコルを統合可能か？
• RQ2 量子非局所的相関は、安全な暗号を実現するための計算的困難性の代わりにどのように機能するか？
• RQ3 未検証の仮定に依存せずに、束縛性および入力の隠蔽を確保できるか？
• RQ4 非局所的量子性のみに依存して、内部および外部の盗聴者に対してセキュリティを確保できるか？
• RQ5 フレームワークは、安全な情報分割およびマルチパーティ計算をどのように処理するか？

主な発見

• フレームワークは、量子非局所的相関のみを用いて、広範な暗号的応用分野において情報理論的セキュリティを達成する。
• 計算能力にかかわらず、盗聴者が有用な情報を得られない、絶対的な機密性を提供する。
• 参加者が自発的に明かさない限り、入力が隠されたまま保たれることを保証する。
• 量子的および古典的攻撃、内部の敵対者を含む、あらゆる攻撃に対してセキュリティが保証される。
• ビットコミットメントやオーバーオールトランスファーの不可能性を、非局所性に基づくセキュリティの再定義によって回避する。
• 非局所的量子相関が、完全で安全な暗号フレームワークの基盤的リソースとして機能可能であることを示している。